螺旋线行波管的优化设计

论文摘要

螺旋线行波管因其宽带宽、高功率等特性广泛应用于雷达、空间通讯、电子对抗等军事及商用领域。本论文论述了螺旋线行波管的结构组成,以及各部分系统的工作原理及其优化方法等问题。包含以下几个方面的内容:对电子枪的基本结构和工作状态进行了总结,并给出了设计电子枪的一般步骤,对阴极半锥角的初值公式进行了修正,使得电子枪的初值设计精度提高了,同时缩短了优化与设计的时间。在电子枪的计算过程中,使用了EOS电子光学模拟器,对电子枪的注电流、注腰半径、注腰位置等参数进行了计算。螺旋线高频慢波结构的分析是行波管制造行业困扰已久的难题。行波管慢波结构的高频特性是电子注与高频场相互作用的基础。作者利用HFSS、HFCS高频仿真软件对螺旋线慢波结构的高频特性进行了模拟仿真计算,使得高频特性参数能够对实际制管起指导作用。HFCS在计算螺旋线慢波结构的高频特性时数据处理自动化,计算速度快,精度较高。螺旋线行波管的注波互作用理论研究由来已久,由于实际制管中的工艺复杂性,对于管子的注波互作用解析方法复杂且不易计算出所需的参数。计算机的发展带动了注波互作用的数值方法,BWIS是计算注波互作用的模拟器。本论文依据BWIS模拟器模拟仿真计算了均匀等螺距行波管的输出特性,包括其输出功率及电子效率。在此基础上,从电子群聚参数入手,研究了螺距跳变、渐变的螺距结构分布,并研究了跳变、渐变技术在改善行波管输出性能方面的影响,为实际制管提出了新的方案。收集极是行波管必不可少的部分,是收集互作用完了的电子的系统部件。本论文依据EOS电子光学模拟器对收集极进行了几个方面的优化:调整各极电压,改变收集极各电极的入口半径,增加磁场值,调整收集极各极位置,加入非对称斜面等。通过计算可以看出,对收集极的改进指明了方向,提供了一种参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 螺旋线行波管的发展概况及现状
• 1.2 螺旋线行波管的结构组成
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 电子枪的数值仿真
• 2.1 电子枪的基本构造与工作状态
• 2.2 电子枪的初值设计
• 2.3 电子枪的仿真模型及计算
• 第三章 螺旋慢波结构的冷参量计算
• 3.1 螺旋线慢波结构的基本工作原理
• 3.2 模拟方法
• 3.2.1 利用HFSS 计算色散与耦合阻抗
• 3.2.1.1 ANSOFT HFSS 简介
• 3.2.1.2 HFSS 的工作原理
• 3.2.1.3 HFSS 参数设置
• 3.2.1.4 色散特性及耦合阻抗分析
• 3.2.2 利用HFCS 计算色散特性与耦合阻抗
• 3.2.2.1 HFCS 简介
• 3.2.2.2 HFCS 的工作原理
• 3.2.3 HFSS、HFCS 计算结果的比较
• 第四章 行波管注波互作用的计算
• 4.1 注波互作用的各种研究理论
• 4.2 注波互作用的基本工作原理
• 4.3 注波互作用模拟方法
• 4.3.1 BWIS 简介
• 4.3.2 利用BWIS 计算注波互作用
• 4.3.3 等螺距行波管模拟仿真和实测值的比较
• 4.4 螺距跳变、渐变技术的研究
• 4.4.1 动态相速渐变理论
• 4.4.2 不同螺距的螺旋线高频特性计算
• 4.4.3 注波互作用的计算
• 4.4.4 关于跳变渐变的小结
• 第五章 多级降压收集极的优化设计
• 5.1 多级降压收集极的基本原理
• 5.2 多级降压收集极的模拟仿真
• 5.3 收集极的优化
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果